近日，中国科学院山西煤炭化学研究所李德宝、贾丽涛研究团队在《JACS Au》上发表重要论文，首次揭示了钒磷氧（VPO）催化剂表面两类价态特异性晶格氧的“分工协作”机制。这一发现解决了困扰丁烷氧化制顺酐反应数十年有关活性位点的争议，为工业催化剂开发奠定了全新的理论基石。

正丁烷选择性氧化制顺酐是迄今唯一实现工业化的低碳烷烃选择性氧化过程。VPO催化剂虽已商业化应用数十年，但其活性位点本质，特别是不同价态钒对应的晶格氧各自扮演的角色，始终是相关领域争论的焦点。研究团队借助于时间分辨氢气程序升温还原-质谱检测（H₂-TPR-MS）实验，首次原位动态辨识VOPO₄→(VO)₂P₂O₇相变中的两类晶格氧物种：V5+-‍OS-L和V4+-‍OS-L，同时利用¹⁸O-循环原位反应和探针分子精确追溯两类氧物种在反应中的消耗与再生轨迹，实现了对反应路径的原子级追踪。揭示了上述氧物种的分工协作机制：V5+-‍OS-L是正丁烷脱氢的“点火器”，是活化第一个C–H键、生成1-丁烯的位点；V4+-‍OS-L则是环氧化的“转化器”，负责将1,3-丁二烯等中间体转化为顺酐。

在此基础上，研究团队利用CeO₂优异的储氧能力调控两类晶格氧比列，促进脱氢与环氧化的完美匹配，开发出高性能的丁烷选择氧化制顺酐催化剂。目前，该催化剂在优选条件下已连续稳定运行近5000小时，顺酐收率保持在56%–60%之间，展现出其优异的工业应用前景。